传统挤出理论仅以螺杆为研究对象,而把螺杆和机筒作为整体研究的较少。本文将螺杆和机筒作为统一的研究对象,以嵌套螺杆式新型挤出机的研制和理论研究为主线,对该新型挤出机的设计原理、喂料系统、挤压系统、传动系统、固体输送段的固体输送模型和固相温度模型、熔体输送段的熔体输送模型和熔体温度模型等方面进行探索和研究。在系统设计和理论分析的的指导下,研制了国内首台具有自主知识产权的内外螺杆直径组合为32/50的嵌套螺杆式新型挤出机,并成功实现了单机双层复合共挤出,填补了国内单机复合共挤技术的空白。嵌套螺杆式新型挤出机的技术核心是采用嵌套式螺杆,外螺杆为中空结构,内螺杆嵌套在外螺杆芯部,内外螺杆由独立的传动装置驱动,内螺杆可静止或与外螺杆作反向旋转运动,旋转的外螺杆相当于内螺杆的机筒。运用系统工程设计原理,全面剖析了嵌套螺杆式新型挤出机的工作原理、结构特点和设计难点,重点对新型挤出机的喂料系统、挤压系统、传动系统和单机双层复合共挤棒材机头进行了结构设计。构建了嵌套螺杆式新型挤出机固体输送段的固体输送模型和二维非等温固相温度模型。固体输送模型首次考虑螺杆离心力和物料压缩性的综合作用,分析讨论了内外螺杆固体输送段的牵引角、压力分布和速度分布的变化规律,理论分析和实验现象比较吻合。利用有限差分数值方法分别对嵌套式螺杆新型挤出机的机筒内表面、外螺杆底面、外螺杆内表面三个不同界面处的固相温度分布进行了求解,分析讨论了机筒温度、螺杆转速、摩擦系数及压力等参数对内外螺杆固相温度分布的影响。理论分析和数值计算为正确制定嵌套螺杆式新型挤出机的结构几何参数和挤出工艺参数提供了科学依据。建立了嵌套螺杆式新型挤出机熔体输送段的熔体输送模型和熔体温度模型。熔体输送模型考虑了机筒正向拖曳、螺杆螺棱的正向推力置换和螺杆芯轴反向拖曳的综合作用,并与文献结果对比验证了该模型的正确性,分析讨论了内螺杆熔体输送段的体积流率、熔体速度、等速线分布以及横向流动等,计算结果和嵌套螺杆式新型挤出机的实验值比较一致;采用拉普拉斯变换详细推导了内外螺杆熔体温度分布的解析解,并针对幂率流体模拟了一定工艺条件下内外螺杆熔体沿轴向和沿槽深方向的温度分布。这些理论分析和数值计算为科学制定嵌套螺杆式新型挤出机的螺杆几何参数和挤出工艺参数提供了理论依据。本研究取得的阶段性成果不仅可为该机型的研制和应用提供理论依据,还可为我国高分子材料科学和技术的进步提供新的设备平台。